Poboljšanje kuće Pitanja Su Odgovori Iskusni Vrtlari

Činjenice električne energije: proračuni snage, volti, amperi, vati, omi, kilovatni sati (kWh), izmjenični i jednosmerni napon - #2

Materijali s povećanom otporom.

Što je izolator?

Električni izolator je materijal koji ima vrlo visoku otpornost, jer nema slobodnih elektrona za podnošenje struje. Za sve praktične svrhe može se smatrati da izolator ima beskonačan otpor. Budući da je otpor beskonačan (beskonačnost je predstavljena simbolom ∞), tada struja kroz izolator je:

Struja = Napon / otpor = napon / ∞ = 0

Izolatori se koriste za sprečavanje protoka struje između dvije električne točke s različitim naponom, npr. izolacija na pojedinim jezgrama mrežnog kabela, plastika mrežnog utikača ili staklo / keramički izolatori na dalekovodima. Također sprječavaju da visoki napon izazove strujni udar.

Od čega su napravljeni izolatori?

Tipični izolacijski materijal koji se koristi u električne svrhe je:

  • plastika
  • keramička
  • staklo
  • Stakleni epoksid (koristi se za PCB)
  • Bakelit (termoreaktivna plastika starijeg stila)
  • liskun

Detalj o nizu izolatora (vertikalni niz diskova) na 275.000 voltnih kula u ovjesu u blizini Thornburyja, Južni Gloucestershire, Engleska.

Detalj o nizu izolatora (vertikalni niz diskova) na 275.000 voltnih kula u ovjesu u blizini Thornburyja, Južni Gloucestershire, Engleska.

PVC izolacija na jezgrama strujnog pregiba.

PVC izolacija na jezgrama strujnog pregiba.

Izolacijski crni zaštitni čepovi na igle ovog čepa sprječavaju kontakt s iglicama tijekom umetanja / uklanjanja.

Izolacijski crni zaštitni čepovi na igle ovog čepa sprječavaju kontakt s iglicama tijekom umetanja / uklanjanja.

Što je superprevodnik?

Kada su određeni materijali izloženi vrlo niskim temperaturama, njihov otpor pada na nulu.

Budući da je V = IR, ako je R jednak nuli, tada V postaje 0 čak i ako sam nije nula

Posljedice toga su da struja može teći čak i ako se ukloni izvor napona. Budući da je otpor nula i ne rasipa se toplina, tanke kabele mogu se izvesti ogromne struje. Superprevodnici se, na primjer, koriste u MRI strojevima za podnošenje velikih struja koje zahtijevaju snažni magneti.

Superprevodni kabeli.

Superprevodni kabeli.

Testirajte sebe! - kviz C

pregled statistika kviza

Što su AC i DC?

Struja koju proizvodi izvor energije može imati jedan od dva oblika, izmjeničnu ili istosmjernu. Izvor napajanja može biti baterija, električni generator, energija koja se prenosi putem servisnih kabela do vašeg doma ili izlaz generatora signala, uređaj koji se koristi u laboratorijima ili od strane osoblja za testiranje prilikom testiranja ili dizajniranja elektroničkih sustava.

DC

To znači istosmjerna struja, tako da struja koju izvor daje samo jedna smjernica. Izvor istosmjernog napona imat će nazivnu vrijednost napona i taj će napon padati kako se izvor učitava i proizvodi više struje. Taj pad je zbog urođenog unutarnjeg otpora unutar izvora. Otpor ne nastaje zbog stvarnog otpornika, već se može modelirati kao takav i sastoji se od stvarnog otpora vodiča, elektroničkih komponenata, elektrolita u baterijama itd.

Primjeri istosmjernih izvora su baterije, istosmjerni generatori poznati kao dinamo, solarne ćelije i termoparovi.

AC

To znači "izmjenična struja" i znači da se struja "mijenja" ili mijenja smjer. Dakle, struja teče u jednom smjeru, dostiže vrhunac, pada na nulu, mijenja smjer, doseže vrh, a zatim ponovo pada na nulu prije nego što se cijeli ciklus ponovi. Broj pojavljivanja ovog ciklusa u sekundi naziva se frekvencijom. U SAD-u je frekvencija 60 Hertz (Hz) ili ciklusa u sekundi. U drugim zemljama je 50 Hz. Opskrba strujom u vašem domu je izmjenična.

Prednost izmjeničnog napona je jednostavnost pomoću koje se može transformirati s jednog napona na drugi pomoću uređaja poznatog kao transformator.

Izvori izmjenične struje uključuju napajanje električnom energijom za vaš dom, generatore u električnim stanicama, transformatore, pretvarače istosmjerne na izmjeničnu struju (omogućuju napajanje uređaja iz upaljača za cigarete u vašem automobilu), generatore signala i pogone promjenjive frekvencije za kontrolu brzine motora. Alternator u vozilu proizvodi električnu energiju kao izmjenični, prije nego što se ispravlja i pretvara u istosmjerni. Nova generacija bežičnih bežičnih bušilica pretvara istosmjerni napon akumulatora u izmjenični napon za pogon motora.

Smanjivanje troškova prijenosa električne energije preko mreže

Budući da se izmjenični napon može tako lako transformirati s jednog napona na drugi, to je povoljnije za prijenos energije kroz električnu mrežu. Generatori u elektranama proizvode relativno nizak napon, obično 10 000 volti. Transformatori mogu to povećati na viši napon, 200.000, 400.000 volti ili više za prijenos kroz zemlju. Povećavajući transformator, pretvara ulaznu snagu u viši napon, niži izlaz struje. Ovo smanjenje struje je željeni učinak iz dva razloga. Prvo, smanjuje se pad napona u dalekovodima zbog manje struje koja prolazi kroz otpor kablova (budući da je V = IR). Drugo, smanjivanje struje smanjuje gubitak snage jer struja teče kroz otpor distribucijskih kabela (sjetite se snage = I2R u gornjim jednadžbama?). Snaga se troši kao toplina u prijenosnim kablovima, što očito nije poželjno. Ako se struja prepolovi, gubitak snage postaje četvrtina onoga što je prethodno bilo (zbog kvadrata u jednadžbi za snagu), ako je struja 10 puta manja, gubitak energije je 1% od onoga što je bio, i tako dalje.

AC valni oblik kućne opskrbe našim kućama sinusoidan je.

AC valni oblik kućne opskrbe našim kućama sinusoidan je.

AC napon je sinusoidan.

AC napon je sinusoidan.

Transformator u električnoj podstanici. Funkcija transformatora je da poveća ili smanji napon.

Transformator u električnoj podstanici. Funkcija transformatora je da poveća ili smanji napon.

Što je trofazni napon?

Dalekovodi za velike udaljenosti mogu upotrijebiti istosmjerni tok kako bi smanjili gubitke, no snaga se obično distribuira širom zemlje putem mreže 3 faza sustav. Svaki faza je sinusoidni izmjenični napon i svaka je faza odvojena za 120 stupnjeva. Dakle, na donjem je grafu faza 1 sinusni val, faza 2 zaostaje za 120 stupnjeva, a faza 3 za 240 stupnjeva (ili vodi za 120 stupnjeva). Samo su 3 žice potrebne za prijenos snage jer se ispostavilo da struja ne djeluje u neutralnom položaju (za uravnoteženo opterećenje). Transformator koji opskrbljuje vaš dom ima 3 fazne linije kao ulaz, a izlaz je zvijezda izvora tako da pruža 3 fazne linije plus neutralno. U zemljama poput Velike Britanije domove se hrani jednim od faza plus neutralnim. U SAD-u je jedna od faza podijeljena kako bi se osigurale dvije "vruće" noge opskrbe.

Zašto se koristi 3 faza?

  • Više snage se može prenijeti koristeći samo 1,5 puta veći broj žica
  • Motori koji pokreću 3 faze manji su od sličnog jednofaznog motora iste snage
  • Večer izlaznog okretnog momenta zaglađuje rad i rezultira sa manje vibracija motora koje pokreću 3 faze
  • Neutralni vodič se može smanjiti zbog manjeg strujanja struje
  • Neutral je nepotreban za prijenos snage između trafostanica i transformatora

3 fazne formule

Ako je VP je fazni napon od svake faze do neutralnog

i VL je linijski napon između svake faze

Tada je VL = √3VP

Transformator Delta Star

Delta-zvijezda (također poznata i kao delta-wye ili delta Y) transformator se često koristi za proizvodnju trofazne ili jednofazne i neutralne opskrbe kućama i industriji. Dolazni dovod je obično 11kv, a napon izlazne faze je 230 volti (u zemljama koje koriste ovaj napon)

3 fazni naponi. Svaka faza je sinusoidna s razlikom faza od 120 stupnjeva.

3 fazni naponi. Svaka faza je sinusoidna s razlikom faza od 120 stupnjeva.

Delta-Star (Wye) transformator koji može isporučiti jednofazno ili trofazno napajanje.

Delta-Star (Wye) transformator koji može isporučiti jednofazno ili trofazno napajanje.

Trofazni dalekovodi. Svaka nadzemna linija je jedna faza.

Trofazni dalekovodi. Svaka nadzemna linija je jedna faza.

Linije magnetskog polja oko vodiča

Linije magnetskog polja oko vodiča

Koji su drugi učinci kada struja teče?

Kao što je gore spomenuto, kada struja teče kroz otpor opterećenja, postaje vruća. To je ponekad željeni učinak, npr. električni grijač. Međutim, to je neželjeni efekt na svjetiljkama, jer je željena funkcija uređaja pretvoriti električnu energiju u svjetlost, a ne stvarati toplinu kao nusproizvod. Prekomjerna struja kabela za napajanje tijekom preopterećenja može potencijalno uzrokovati požar ako zaštitni uređaji poput osigurača ili MCB-a (minijaturni prekidači) nisu uključeni u liniju s kabelom.
Pa što se drugo događa kada struja teče kroz vodič? Jedan od učinaka je da se stvara magnetsko polje. Ovaj se fenomen koristi u uređaju koji se naziva solenoid ili elektromagneti koji je u osnovi poput žice ili zavojnice žice kroz koju struja teče. Elektromagneti se koriste u starom stilu, neelektronska, zvona na vratima i telefonima, ventili za dovod vode na perilicama rublja, releji (prekidač koji upravlja elektromagnetom), starterski motori na vozilima i spašavanje za dizanje željeza i čelika.

Struja koja teče kroz provodnik također proizvodi električno polje. Ekstremni primjer za to je polje visokog intenziteta proizvedeno pod naponom visokog napona koji je dovoljan za osvjetljavanje fluorescentne cijevi u ruci.

Električno polje ispod dalekovoda visokog napona dovoljno je za stvaranje električnog pražnjenja u fluorescentnoj cijevi.

Električno polje ispod dalekovoda visokog napona dovoljno je za stvaranje električnog pražnjenja u fluorescentnoj cijevi.

Kako rade sklopke i koje su iskre?

Kao što ste otkrili, ako se otpor povećava u strujnom krugu, smanjuje se i struja. Ako samo razbijete kondukter u krugu i stvorite zračni jaz, jačina otpora za sve praktične svrhe je beskonačna jer je zrak dobar izolator i struja neće strujati. Tj

Struja = napon / otpor = napon / = 0

Ovako radi prekidač. Dva kontakta, obično izrađena od mjedi u kućnoj sklopki, zajedno su stisnuta kad je sklopka uključena i zatvorena.Kada je prekidač isključen, kontakti se brzo odvajaju i prekidaju struju.

Što su iskre?

Zamislite dvije elektrode ili točke u krugu odvojene zračnim zazorom (npr. jaz u automobilskoj svjećici). Ako je napon dovoljno visok, zrak između dviju točaka postaje toliko napon električnim poljem da postaje ioniziran, tj. Atomi im otjeraju elektrone. Ti elektroni su tada u stanju prijeći jaz, privučeni pozitivnom elektrodom i pritom se sudaraju s drugim molekulama plina i oslobađaju više elektrona. Na kraju se pojavi lavina elektrona (sve se to događa u djeliću sekunde), a rezultat se naziva a iskra ili iskrenje Iskra proizvodi bljesak vidljive svjetlosti, topline, UV zračenja i zvuka, a temperatura može biti oko 5000° C, toplija od sunčeve površine. Napon potreban za stvaranje iskre je oko 3000 volti po mm između zaobljenih elektroda u zraku. Iskre mogu biti male, npr. automobilski svjećica ili plinski upaljač, ili puno veći.

Primjer velike iskre je munja. Kad se oblaci napune, napon postaje toliko visok da iskra skače iz oblaka u oblak ili oblak u zemlju. Zvuk koji nazivamo gromom uzrokuje eksplozivno zagrijavanje i širenje zraka električnim pražnjenjem.

Iskre se javljaju u zračnom otvoru kada napon premaši proboj napona. Kada se razdvoje dvije elektrode, struja teče da nastavlja teći i zagrijavanje metalnih elektroda uzrokuje isparavanje materijala, a također i ioniziranje zraka. Rezultat je kontinuirano iskrivanje koje se naziva luk sličan iskre. Ako su elektrode dovoljno razdvojene, luk se neće održati i naglo će se zaustaviti. Elektrolučno zavarivanje koristi luk između dvije elektrode da bi se talio metal. Prekidači također moraju biti dizajnirani tako da se njihovi kontakti razdvajaju dovoljno brzo i dovoljno brzo da se lukovi brzo ugase i smanjuju štetu na kontaktima. U podstanicama su potrebne velike zračne praznine ili prekidači napunjeni uljem kako bi se ugasili lukovi velike struje koji nastaju kad se prebaci visoki napon.

Luk između prebacivanja kontakata na trafostanici

Što je regulator napona?

Regulator napona je elektronički uređaj koji služi za održavanje naponskog izlaza napajanja na konstantnoj razini neovisnog o struji koju vuče opterećenje. Općenito, ovi se uređaji implementiraju kao pojedinačni IC-i u različitim formatima paketa, ili kao zasebni moduli koji se sastoje od nekoliko diskretnih komponenti ili integriranih krugova. Regulator koji smanjuje napon naziva se a Buck regulator a onaj koji povećava napon naziva se a regulator povećanja.
Izlaz nereguliranog napajanja će padati kako struja raste. To je zbog unutarnjeg otpora koji uzrokuje potencijalni pad struje. Taj pad oduzima se od idealiziranog izvora unutarnjeg napona i uzrokuje da izlaz izvora bude manji od napona u otvorenom krugu bez opterećenja.

Za što se koriste regulator napona?

  • Stabilizirati elektronički krug za napajanje naponom tako da se ponaša dosljedno
  • Alternatori vozila sadrže regulatore napona, npr. (14 V na 12-voltnom sustavu) kako bi se osigurao stalan napon za punjenje baterija

Koje su dvije vrste regulatora napona?

Postoje dvije vrste regulatora linearni regulator i preklopni regulator.

Linearni regulator je poluvodički uređaj, ali učinkovito djeluje kao upravljani kapaljski otpornik u nizu između ulaznog napajanja i izlaza regulatora. Tako pada napon s npr. 12 volti na 5 volti. Regulator nadzire svoj izlazni napon i ako opterećenje pokušava da preuzme više struje, a op napon pokušava da padne, otpor prolaznog tranzistora se smanjuje tako da smanjuje manje napona kako bi održao izlaz na konstantnoj 5 volti. Slično tome, ako opterećenje uzima manje struje, otpor se povećava. Linearni regulator klasični je sustav upravljanja negativnim povratnim informacijama (poput regulatora na motoru, koji održava brzinu konstantnom kako se opterećenje povećava / smanjuje).

Nedostaci linearnih regulatora

Budući da je regulator serijski s opterećenjem, strujna opskrba iz izvora je ista kao i izvor napajanja. Međutim, budući da regulator smanjuje napon, snaga troši kao toplina u uređaju. Što je viši ulazni napon, to je veća potrošnja od P = VI, gdje je V pad preko regulatora. Što je niži ulazni napon, to je bolje, a možda će trebati i mali ili veliki hladnjak, ovisno o temperaturi okoline i padu napona. Osnovni regulatori trebaju oko 2 volte razlike između ulaznog i izlaznog napona da bi radili, ali dostupni su regulatori s malim prekidom koji mogu raditi s manjom razlikom između IP i OP.

Uključivanje regulatora

S druge strane, preklopni regulator djeluje drugačije. Za razliku od linearnog regulatora koji može biti neefikasan i trošiti energiju kao toplinu, prekidači regulatora mogu biti i do 95% učinkoviti. U buck modu (smanjujući napon) oni rade tako što sjekuću ulaznog napona regulatora u impulsni oblik vala i primjenjuju ga na kondenzator / induktor koji učinkovito djeluje kao spremnik, glatkom usitnjenom valnom obliku (analogno načinu na koji zamašnjak zamašnjaka motora pulsirajuća isprekidana snaga iz cilindara). Radni ciklus (koliko je impuls uključen) oblika komutacijskog vala varira ovisno o zahtjevu opterećenja kako bi se op napon održavao konstantnim.

Najčešća pitanja o električnoj energiji

Zašto su potrebne dvije žice za električni uređaj?

Dvije su žice potrebne jer električna energija teče u petlji. Tako elektroni istječu jednu žicu u uređaj i putuju natrag preko druge žice. Ako je napon vrlo visok od nekoliko desetaka tisuća volti, struja može isticati jednu žicu i strujati se kroz zrak kroz svjećicu.

Zašto se 240 V koristi za neke uređaje?

U zemljama poput SAD-a gdje se niži 120 volti koriste iz sigurnosnih razloga, 240 volti se koriste za uređaje velike snage. Razlog za to je zato što uređajima velike snage treba više struje, pa umjesto korištenja težih kablova za napajanje te struje, za napajanje iste snage koristi se dvostruki napon. Budući da je napon dvostruk, struja je prepolovljena (snaga = VI).

Ako napon moje elektroprivredne tvrtke padne, dobivam li manje vrijednosti za novac?

Ne, jer ćete dobiti manje energije i tako platite manje. Uređaj, poput električnog grijača, snage 2kW, ne zahtijeva uvijek 2kw snage. To je snaga na nazivnom naponu. Ako napon padne, ulazi i snaga u uređaju. Vaš električni brojilo mjeri snagu potrošenu tijekom vremena, a ne napon.

Zašto motor ponekad izgori kad stane?

Kad se rotor ili armatura u motoru okreće, on djeluje poput generatora koji proizvodi elektromotornu silu (EMF) koji se suprotstavlja primijenjenom naponu. Ovo ograničava struju u motoru. Kad se motor zaustavi, EMF pada na nulu i zato što namotaji motora imaju relativno nizak otpor, struja se uvelike povećava. Budući da namoti imaju otpor, to proizvodi puno topline. U slučaju električnog alata, ako se okidač ne otkloni odmah nakon što se alat zaustavi (npr. Bušilica se zaglavi ili se kružna testera zaveže), izolacija namota može brzo izgorjeti, uzrokujući susjedne žice u namotu nakratko, što dovodi do katastrofalnog kvara motora.

Zašto dobivam šok ako dodirnem živu žicu? Ne dovršim krug između žive i neutralne

Neutralno je povezan sa zemljom (zemljom) i na transformatoru, a možda i u vašem domu (pomoću uzemljenih šipki). Tako da sve tlo na kojem stojite zapravo čini dio kruga. Kada dodirnete živu žicu, struja teče kroz vaše tijelo i đonove cipele u zemlju i natrag do transformatora. Ako nosite cipele s potplatom od gume / PVC-a, struja će biti mala jer ovi materijali djeluju kao izolatori i vjerojatno je manje struje. No ako nosite cipele s potplatom od kože koji mogu apsorbirati vlagu ili stojite bosih nogu, postoji veliki rizik od struje.

Kako riješiti pad napona u kablu?

Tri su metode, u praksi bi metoda 2 bila način na koji to možemo učiniti za električne instalacije.
1) Izmjerite.
2) Pogledajte tablicu koja daje pad napona za različite struje i područja poprečnog presjeka.
3) Napravite otpor kabela i upotrijebite IR za pronalazak pada.
R = ρL / A

Gdje je ρ otpornost materijala
L je duljina
A je područje poprečnog presjeka

Budući da će kabel imati dvije jezgre, otpor će zapravo biti dvostruko veći od ove vrijednosti, tj. 2R.


Ostavite Komentar